运算放大器共模抑制比(CMRR)

运算放大器共模抑制比(CMRR)
CMR CMR =160140120
100806040200
dB
FREQUENCY -Hz
20 log 10CMRR
0.01 0.1 1 10 100 1k 10k 100k 1M
图1：OP177的CMRR
共模抑制比(CMRR)
如果信号均等施加至运算放大器的两个输入端，使差分输入电压不受影响，则输出也不应受影响。

实际上，共模电压的变化会引起输出变化。

运算放大器共模抑制比(CMRR)是指共模增益与差模增益的比值。

例如，如果Y V 的差分输入电压变化产生1 V 的输出变化，X V 的共模电压变化同样产生1 V 的变化，则CMRR 为X/Y 。

共模抑制比以dB 表示时，通常指共模抑制(CMR)——注意，半导体行业对使用dB 还是比值来表示CMR 或CMRR 很少有统一说法。

典型的低频CMR 值为70 dB 至120 dB ，但在高频时CMR 会变差。

除了CMRR 数值范围外，许多运算放大器数据手册还提供CMR 与频率的关系图表，如图1所示OP177精密运算放大器的CMRR 。

在采用同相模式配置的运算放大器中，CMRR 会产生相应的输出失调电压误差，如图2所示。

注意，反相模式工作的运算放大器CMRR 误差较小。

因为两个输入端都接地(或虚地)，所以不存在共模动态电压。

指南
R2
R1
V IN = V CM
+
–
V OUT
V OUT = 1 +
R2
R1
ERROR (RTI) =
V CM CMRR
=
V IN CMRR V IN +
V IN
CMRR
ERROR (RTO) =
1 +
R2R1
V IN CMRR
图2：计算由共模抑制比(CMRR)造成的失调误差
+
-RESISTORS MUST MATCH
WITHIN 1 ppm (0.0001%) TO MEASURE CMRR > 100dB
R2
DUT
∆V OUT = (1 +
)
∆V IN CMRR
R2
R1R1
R1
V IN
V OUT
R2
图3：简单的共模抑制比(CMRR)测试电路
测量共模抑制比
共模抑制比可以通过多种方式来测量，下图3所示的方法采用四个精密电阻将运算放大器配置成差分放大器，信号施加于两个输入端，从而测量输出变化——具有无限CMRR 的放大器不会产生输出变化。

该电路的固有缺点是电阻的比率匹配和运算放大器的CMRR 一样重要。

无论运算放大器多么出色，电阻对之间0.1%的不匹配就会导致CMR 仅为66 dB ！由于大多数运算放大器的低频CMR 介于80 dB 和120 dB 之间，显然，该电路只能勉强用于测量CMRR (尽管该测试非常适合测量电阻的匹配情况！)
DUT
∆V OUT
+-+
-A1
20k Ω
100Ω
100Ω
20k Ω
10k Ω
10k Ω
±10V
+25V
–25V
–5V
+5V
S1
S2
CMRR = 101
20V ∆V OUT
A1: HIGH GAIN,
LOW V OS , LOW I B
图4：无需精密电阻的CMRR 测试电路
参考文献：
1.
Hank Zumbahlen, Basic Linear Design , Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available as Linear Circuit Design Handbook , Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 978-0750687034. Chapter 1.
2.
Walter G. Jung, Op Amp Applications ,Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op Amp Applications Handbook , Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.
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下图4所示的电路稍显复杂，无需电阻精确匹配即可测量CMRR 。

该电路中，共模电压可以通过切换电源电压来改变。

(该电路便于在测试机构中实施，采用不同电源电压连接的同样电路可用于测量电源抑制比)。

该电路中所示的电源电压值适用于±15 V DUT 运算放大器，共模电压范围为±10 V 。

也可通过适当改变电压来适应其它电源和共模电压范围。

集成放大器A1应具有高增益、低V OS 和低I B ，如OP97系列器件。